As variáveis do processo determinam as características finais do cordão de solda, como dimensões, acabamento e propriedades mecânicas. Definem também a maior ou menor probabilidade de ocorrência de alguns tipos de defeitos, como trincas, poros, Mordeduras e outros. Cada uma dessas variáveis pode ser controlada separadamente, porém todas estão interligadas e são independentes, visto que o efeito de uma está diretamente relacionado com a atuação da outra.
Diversas variáveis influenciam nas características do cordão de solda, dentre elas destacam-se a corrente de soldagem, a tensão, a velocidade de soldagem, o comprimento e diâmetro do eletrodo, a inclinação da tocha de soldagem, a proteção gasosa e a velocidade de alimentação do arame. A corrente
de soldagem tem influência direta na taxa de deposição, no modo de transferência metálica e nas características geométricas do cordão. Sendo assim, sua escolha correta vai depender da espessura das peças a serem unidas, do diâmetro do eletrodo e das características desejadas dos cordões de solda. Além disso, uma corrente de baixa intensidade pode acarretar pouca estabilidade ao arco elétrico.
Mantendo-se constantes as variáveis do processo e aumentando-se o valor da corrente, percebe-se a ocorrência de aumento na penetração e na profundidade da solda, na taxa de deposição do metal de adição e no diâmetro da gota de solda até o ponto de transição. Phillips (1968) relata que a penetração é influenciada pelas transferências, sendo particularmente pequena com uma corrente situada abaixo do nível de transição entre as transferências globular/spray. À medida que a corrente aumenta, o volume da gota também aumenta, caracterizando a transferência globular, até o instante em que a corrente atinge o nível de transição globular/spray.
Nesse instante, pequenas gotículas passam a ser projetadas para apoça de fusão sob a forma de névoa ou pulverização, caracterizando assim a transferência por spray.
A tensão é considerada como um dos parâmetros mais influentes neste processo, por afetar tanto o modo de transferência metálica quanto a geometria do cordão de solda. A tensão de soldagem e o comprimento do arco estão diretamente relacionados sob o mesmo aspecto, ou seja, baixas tensões tenderão a produzir baixos comprimentos de arco e vice-versa. O comprimento do arco é uma variável independente, porém a tensão no arco não, pois além de depender desse parâmetro, sofrerá também a influência de outras variáveis, como a composição e o diâmetro do eletrodo, o tipo de gás de proteção utilizado e o modo de transferência.
Wainer et all (1992) sustentam que a potência do arco, dada pelo produto entre sua tensão e corrente, é responsável pela largura do cordão de solda. Assim, para uma corrente constante, o aumento da tensão do arco provoca maior largura e menor altura do cordão, melhor molhagem, ou distribuição do metal depositado, e redução da penetração. Um arco com comprimento muito pequeno pode causar curtos-circuitos acidentais quando a transferência é globular ou spray, resultando em instabilidade do arco e conseqüente porosidade no cordão, além de cordões muito convexos. Já o comprimento muito grande tende a oscilar e a causar um cordão de penetração e largura irregulares.
30
Ainda, conforme o valor da tensão utilizada, determinados tipos de defeitos poderão ser introduzidos. Desta forma, valores elevados poderão gerar porosidades, excesso de respingos e mordeduras. Valores baixos favorecem o aparecimento de sobreposições e instabilidades no arco. A velocidade de soldagem, definida como a taxa de deslocamento do arco ao longo da junta, influencia a energia de soldagem, ou seja, a quantidade de calor cedida à peça; quanto maior a velocidade, menor a quantidade de calor cedida por unidade de área. Com o controle da velocidade de soldagem, pode–se controlar a penetração e o tamanho do cordão, mas é uma variável independente da corrente de soldagem. A velocidade de soldagem deve ser selecionada em conjunto com a corrente para proporcionar a penetração desejada. Uma velocidade de soldagem muito alta diminui a ação de molhamento ou caldeamento, aumentando a tendência a mordeduras, ao apagamento do arco, porosidades e trincas. Por outro lado, velocidades muito baixas, além de elevarem o custo da operação, podem causar alterações metalúrgicas na estrutura do material devido à concentração térmica.
Por outro lado, velocidades excessivas provocam menor penetração e menor largura do cordão, possíveis mordeduras e falta de fusão.
Um fator importante na determinação da velocidade de soldagem ideal refere-se aos gases de proteção. Para ilustrar tal influência, a Figura 6 mostra velocidades ótimas para alguns gases utilizados no processo de acordo com experimentos realizados por Stenbacka (1989), em testes realizados com chapas de aço temperado de 6 mm de espessura com arames de 1mm de diâmetro e
VELOCIDADES ÓTIMAS DE SOLDAGEM (M/min)
Figura 6: Velocidades ótimas de soldagem para diferentes gases utilizados no processoMIG/MAG. Fonte: Stenbacka (1989).
Outra variável importante do processo MIG/MAG refere-se ao “stick–out”
(distância existente entre o inicio da parte externa do eletrodo ou fim do bico de contato e o final do eletrodo); é pois o comprimento livre do eletrodo. A distância entre a ponta do eletrodo e a peça é o comprimento do arco.
O “stick–out ” está relacionado com a velocidade de fusão do eletrodo. Se o
“stick-out” for aumentado, o calor é aumentado por efeito Joule, e a velocidade de fusão do eletrodo também se torna maior. Se o “stick-out” for muito pequeno, o calor gerado não será suficiente para fundir o eletrodo adequadamente; por outro lado, se for muito elevado, o arco tornar-se-á instável, a proteção gasosa deixará de existir e a conseqüência será o aparecimento de porosidades. Portanto, é preciso controlar rigorosamente o “stick-out”.
Ao se aumentar o “stick-out” e a distância da peça ao bico de contato, sem alteração dos demais parâmetros, haverá um aumento da queda de tensão; a corrente de solda, assim como a potência do arco, reduzem-se. Quanto maior for o comprimento livre do arame, maior será a resistência ao aquecimento. Desse modo, o arame pode vir a ser fundido por um arco de potência insuficiente. Nessas condições, a zona de solda recebe pouco calor, podendo vir a ocorrer pontos frios na soldagem; em geral, longos arames livres reduzem a freqüência das gotas e aumentam a perda de deposição por ocorrência de respingos.
A Figura 7 mostra a influência no cordão de solda com a variação do “stick-out”, em três diferentes situações nas posições.
Figura 7 : Influência do stick-out na geometria do cordão de solda.
Fonte: Wainer (1992)
32
A influência do diâmetro do eletrodo tem relação direta com a configuração do cordão de solda. Aumentando-se o diâmetro do arame, maior será a corrente necessária para sua fusão. Contudo, cordões mais largos e profundos serão produzidos nesta situação, com maior quantidade de metal de adição sendo depositada. Existe, também, influência do diâmetro na penetração do cordão de solda. Como mostra a Figura 8 para as condições de corrente=300(A), tensão de soldagem=25(V), velocidade de soldagem=38 (cm/min) e espessura do metal de base=8 (mm), a penetração reduz significativamente com o diâmetro do eletrodo (Phillips,1968). Ainda, para um mesmo nível de corrente, o arco torna-se mais penetrante à medida que o diâmetro do eletrodo decresce. Com a utilização das posições vertical e sobre-cabeça, menores diâmetros de arame, inferiores a 1,2 mm, são utilizados com baixas correntes de soldagem.
Existe uma faixa de corrente apropriada para cada diâmetro de eletrodo, de maneira a permitir boas condições de operação. Cada diâmetro é escolhido em função da espessura do metal de base, da posição de soldagem, do tamanho da poça de fusão e da quantidade de energia à ser cedida para a peça.
Wainer et all (1992) relatam que, na utilização de dois eletrodos de diâmetros diferentes, submetidos às mesmas condições de soldagem, o de maior diâmetro dará maior taxa de deposição e penetração. Eletrodos de grandes diâmetros originam cordões mais longos quando comparados com os de menor diâmetro. A espessura do metal de base também influencia na escolha do diâmetro do eletrodo. Dessa forma, quanto mais espesso for o material de base, maior deverá ser o diâmetro do eletrodo.
Figura 8: Influencia do diâmetro do eletrodo na penetração do cordão de solda.
Fonte: Phillips (1968)